Buck型 AC/AC交流变换器的设计与实现

    为了验证Buck型AC/AC交流变换器理论分析的正确性和控制策略的可行性，对该变换器进行了仿真与实验研究。

    4.1仿真波形

    仿真参数如下：输入电压幅值额定输出电压幅值为负载为48.4 W的电阻(输出功率为250 W)，开关采用理想器件；输入电压频率f=50 Hz；开关频率为50kHz；电感Lf =500μH，电容Cf =4.4μF。 
开关管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信号K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如图7(a)所示。当输入电压大于零时，开关管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高频互补开通；当输入电压小于零时，开关管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高频互补开通。图7(b)为输入电压uin、输出电压uo和交流开关管S2的两端（即S2a、S2b两管D（漏极）-D（漏极）之间的）电压波形uS2。 

    图7 Buck型AC/AC交流变换器的仿真波形：

    (a) 控制信号K1a、K1b、K2a、K2b ；

    (b) 电压uin、uo及uS2

    4.2实验波形

    根据上述分析，本文设计了一台原理样机。样机参数设置如下：输入电压有效值Uin =220V, 额定输出电压有效值Uo =110V。开关管采用IRFP460A；输入电压频率为50Hz；开关频率为45kHz；电感Lf=500μH；电容Cf=4.4μF。其实验波形如图8所示。其中图8(a)为输入电压uin和输出电压uo的实验波形，uo和uin的相位相同；图8(b)为输入电压uin和交流开关管S2的两端电压波形uS2，uS2是以uin为包络线的高频脉冲序列。

    图8 Buck型AC/AC交流变换器的实验波形：

    (a) 输入电压uin和输出电压uo ；

    (b) 输入电压uin和S2的两端电压uS2

    5 结论

    本文详细分析了Buck型AC/AC交流变换器的工作原理及其控制策略。该变换器两对交流开关管高频互补开通，当占空比为常数时，其输出电压和输入电压的相位相同，但幅值不大于输入电压的幅值。通过对输入电压的极性判断，并结合输出电压误差放大信号与三角载波的比较结果，可确定各开关管的工作状态。仿真和试验结果验证了理论分析的正确性及控制策略的可行性。

    参考文献

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    作者简介

    任永保（1984-）  男，安徽舒城人，硕士研究生，研究方向为电力电子变换及其控制技术。

    张友军（1970-）  男，安徽祁门人，副教授，博士研究生，研究方向为电力电子变换及其控制技术。■